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认识论·变量逻辑综论,兼对热力学第二定律之颠覆(4)

(2007-08-30 20:23:37)
标签:

it/科技

认识论

变量逻辑

分类: 经济学理论
(续接上帖)

    微积分理论体系的建立使得我们可以在自然科学研究当中用数学来考察事物的两个方面,不仅仅可以表述其存在状态S,还可以表明其运动变化的过程⊿S

任何事物运动(变化),都可以从运动学角度考虑运动(变化)速度的问题,也就是可以建立一个变量随时间而改变的速度概念。定义某存量S对时间的变化速度为VsV(t)dS/dt,为一瞬时速度概念。由于瞬时速度对应于时点,是一个存量概念,因此我们可以做出一个“速度—时间曲线。如下图-1

 

    http://s11.album.sina.com.cn/pic_3/5562bb43020014wm

 

图中,变量的变化对应于一个定积分过程——速度函数在时间段上的定积分。所以说,若变量是状态函数,而量变(变量的增量)是过程函数。这就是量变是过程函数的数学理论基础,即一个定积分表示为原函数在过程始末点上的差值,abf(x)dxF(b)F(a)。决不可把“变量”(运动流主体)和“量变”(流运动结果)混为一谈。阴影部分面积表示变量S在指定的第n1时段内的变化量,是变化速度曲线VsVt)在时段tntn1上的积分。这就是说,过程可以看作是状态的积累,由于时间的流动连续性,所以,一个“过程”中包含着无数的“状态”点,如图-1中曲线VsVt)上从ttnttn1之间有无穷多个(Vstt)点。一个流量(过程函数、时段数)可以看作是存量运动速度在时间上的累积,即在tntn1过程中有无穷多个点(Vstt),但只能积分得到一个面积值Sn1。⊿Sn1对应于从tntn1这个事件过程,所以是个过程函数

这就是说,由于任何状态函数都是事物在某时点t上的状态描述,即状态函数是时间t的函数,所以,“过程”和“状态”不是逐一对应的关系,而是一对无穷多的关系。换句话说,一个流量和一个存量之间无法构建一一对应的二元函数关系(方程)。

 

【变量逻辑规则2】构建二维坐标系的两个变量必须是相同性质的变量。

 

请注意,不存在“某流量的瞬时变化速度”这种概念。因为流量对应于时段序数,而不是对应于时间,不存在“瞬时”问题。即在Sn1当中,n是时序,而非时间,其取值是1234……等序数,序数不连续,可以构建一个流量和时段序数之间一一对应的数据表,但不可以将流量对其序数求导。

 

数学理论本身根本上不支持在流量和存量之间构建函数关系。这可以从多个数学概念来理解。先说“函数”的概念。

【函数】设D是一个给定的非空数集,在某一变化过程中有两个变量xy,如果对于数集D中的每一个数x,变量y按照某种规则f总有确定的数值与之对应,则称变量y是变量x的函数。数集D成为这个函数的定义域,x称为自变量,y称为因变量。

据此函数概念,xy必须同是“某一过程中”的变量,而如果y是一个流量,则它相当于存量x来说,就不是这个过程中的变量,因为流量对于某一指定的过程来说只有一个取值,它是对应于一个过程的定积分,是一个数,而非对于“每一个数x”取值的;也就是说,不存在规则f可以使得存量xy逐一对应。
  所以,函数之定义已经表明了一种变量逻辑:不可以在某存量x和某流量y之间构建函数关系y=f(x),或者说,y=f(x)的成立意味着y和x变量性质的一致性。

  关于在流量和存量之间无法构建二元函数关系这一逻辑,还可以推广到多元函数上面。为此,我们可以借用数学上的“隐函数”概念加深理解。众所周知,如果z是y的函数,z=z(y),而y又是x的函数,y=y(x),则z一定可以表述为x的函数。所以,如果在某个流量F(过程函数、时段数)和某个存量S(状态函数、时点数)之间建立起了函数关系,则意味着F是S的函数,即过程函数是状态函数的函数,这就同F是过程函数的定义相违背了,因为状态函数的函数一定是状态函数。进而普遍地,如果x是状态量,则y=y(x)同z=z(y)的成立意味着y和z必然都是状态量。因此,从变量逻辑上是不能建立流量和存量函数关系的。如果否认这个逻辑,就必然会陷入认知混乱。

  关于这一点,热力学曾经有着明确的、但却不为一般人所注意的提示:状态函数变量之间运算的结果也是状态函数。例如焓H是几个状态函数的组合(H=E+PV),因为内能E、压力P、体积V都是状态函数,所以H也是状态函数。H之所以是状态函数的这种理由可以在任何一本引入焓概念的热力学书籍中看到。焓被确定为态函数的理由,是热力学当中少有的、正确运用变量逻辑的例子。

  需要特别注意的是,“不同状态函数之间运算的结果是状态函数”,这一原则只是针对“不同的状态函数”的运算而言的,而不是针对同一状态函数的。这些不同的状态函数是在同一个时点上取值的,即这个“运算结果”考察的是同一时点上不同状态量之间的关系,而不是考察同一状态量在不同时点的变化。如前段所述,“量变”⊿是同一个状态函数在不同时点上的取值之间的差值(变化程度),考察的就是一个过程而非一个状态点,故而⊿不是态函数。例如状态函数S,其量变⊿S=S2-S1就应该是一个过程函数,这个“减法”是指自身变化,而不是不同状态函数之间的运算。S1和S2是变量S在不同时点上的取值,而非两个变量在同一时点上的取值。

 

  (请转向ecoblogger.bokee.com阅读)

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